海工鋼筋混凝土抗氯離子侵蝕性試驗研究

海工鋼筋混凝土抗氯離子侵蝕性試驗研究

由于氣候和其他條件的不同，該地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞速度和破壞程度不同。東南沿海的主要原因是氯離子在海水中的侵蝕。北方的結(jié)構(gòu)被凍死、破壞和腐蝕。結(jié)果表明，混凝土結(jié)構(gòu)材料的腐蝕試驗和大量現(xiàn)場調(diào)查表明，結(jié)構(gòu)材料表面最容易吸收氯離子的環(huán)境是：它不僅能接觸水面，而且能快速蒸發(fā)。組件表面通常位于干燥的表面，混凝土中含有一定的水分。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料最重要的腐蝕性控制段就是所謂的逃生區(qū)。對于位于逃生區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料，抗氯離子的長期使用壽命決定了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的生命。我國南方氣溫高,且高溫時間長,夏季地表實際溫度可達50℃以上,夏、秋季多臺風(fēng).處在這一地區(qū)的海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物相對其他地區(qū)的破壞狀況要嚴重得多.現(xiàn)模擬南方海工結(jié)構(gòu)物浪濺區(qū)和水位變動區(qū)鋼筋混凝土的嚴酷腐蝕環(huán)境,對摻粉煤灰和礦渣的海工混凝土抗氯離子滲透的耐久性能進行研究.1試驗總結(jié)1.1砂細度:8484水泥:南京天寶水泥集團產(chǎn)32.5普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:江蘇南熱粉煤灰開發(fā)公司的Ⅰ級灰,需水量比91.8%,抗壓強度比87%;礦渣微粉:江南粉磨有限公司產(chǎn)礦渣微粉,比表面積420m2/kg,需水量比為98.8%,抗壓強度比106%;砂:南京江砂,細度模數(shù)2.64,含泥量0.25%;碎石:江蘇泉水碎石,顆粒尺寸5~40mm;外加劑:南京水利科學(xué)研究院瑞迪新材料公司產(chǎn)防滲抗裂劑(HLC),減水率22%.試驗原材料的化學(xué)組成見表1.1.2試驗混凝土的比設(shè)計1.3混凝土抗氯離子滲透性能測定依據(jù)《水運工程混凝土試驗規(guī)程》進行混凝土抗氯離子滲透性能試驗.根據(jù)設(shè)計的配合比,將成型的試件(100mm×100mm×100mm立方體混凝土)標準養(yǎng)護60d后取出,除其中的兩個對稱面供外界氯離子滲透外,其余四個表面均用蠟封,然后開始浸烘循環(huán).為模擬南方海工結(jié)構(gòu)物浪濺區(qū)的混凝土的嚴酷腐蝕環(huán)境,將混凝土試件浸泡在濃度為3.5%的氯化鈉溶液中1d,再在60℃溫度下烘干13d,接著再浸泡再烘干至8個循環(huán).然后鉆取不同深度混凝土砂漿粉末樣品,測定混凝土砂漿中水溶性和酸溶性氯離子含量,據(jù)此計算氯離子的滲透系數(shù)及混凝土抗氯離子滲透的耐久年限.2混凝土抗氯離子侵蝕能力混凝土試件經(jīng)過8個浸烘循環(huán)后,鉆取不同濃度混凝土砂漿粉末樣品,測得的混凝土砂漿中水溶性和酸溶性氯離子含量見表3.表3中的水溶性氯離子含量近似等于混凝土孔隙中游離氯離子含量;酸溶性氯離子含量等于混凝土中氯離子的總含量;同一層中的兩者之差即為該層混凝土中結(jié)合氯離子含量.可見,加了摻和料的混凝土結(jié)合氯離子含量占酸溶性氯離子含量即總的氯離子含量的百分比中,除了單摻粉煤灰的D11試件是從第四層開始外,其余試件均從第三層開始較不加摻合料的普通混凝土顯著增加,這說明加了摻合料的混凝土其內(nèi)部結(jié)合氯離子的能力比普通混凝土強.事實上,對海工混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋構(gòu)成侵蝕的是混凝土孔隙中游離氯離子.故在氯離子總含量一定的情況下,若混凝土內(nèi)部對氯離子的結(jié)合能力強,則孔隙中游離氯離子含量就會減小,混凝土抗氯離子侵蝕的能力就會提高.由此可見,摻入粉煤灰和礦渣有助于混凝土抗氯離子侵蝕能力的提高.從表3中還可看出,混凝土中水溶性及酸溶性氯離子含量均隨著滲透深度的加大而減小.普通混凝土試件D01中的變化相對平緩,而加了摻合料混凝土中氯離子含量在第三層均發(fā)生了陡降,即自第三層開始,氯離子的含量變化很微小.這說明混凝土中加入了粉煤灰、礦渣摻合料具有明顯抵抗氯離子向混凝土內(nèi)部滲透的作用.由于氯離子在混凝土中的濃度因深度而不同,且隨時間而變化.因此,本試驗中氯離子在混凝土中的滲透符合費克定律c(x,t)=c0(1?erfx2Dt√)(1)c(x,t)=c0(1-erfx2Dt)(1)式中:c(x,t)為經(jīng)過時間t后,混凝土中深度x處的氯離子含量;c0為混凝土表層氯離子含量;D為混凝土中氯離子的滲透系數(shù);erf為誤差函數(shù).由于試驗中測得的混凝土中氯離子含量是單位砂漿中氯離子的重量百分比c(x,t),而在浸泡混凝土試件的氯化鈉溶液中,氯離子的含量為單位水中氯離子的質(zhì)量百分比,因此,不宜直接比較.因此,需按經(jīng)驗方法確定混凝土表層氯離子的含量c0.由(1)式可分別計算出水溶性和酸溶性的氯離子滲透系數(shù)(見表4).再根據(jù)混凝土中水溶性氯離子滲透系數(shù),用費克定律推算混凝土的耐久年限.在海洋環(huán)境中,混凝土表層氯離子含量c0可取為2.4%(膠凝材料重量計),鋼筋腐蝕開始時臨界氯離子含量c(x,t)取為0.5%(膠凝材料重量計).由(1)式可得t=0.32x2/D(2)t=0.32x2/D(2)式中:t為鋼筋開始腐蝕的時間(s);x為混凝土保護層的厚度(cm);D為混凝土中水溶性氯離子的滲透系數(shù)(cm/s).設(shè)混凝土保護層厚度為6.5cm,則可推算出鋼筋混凝土中鋼筋的耐久年限(見表4).由表4可見,在水灰比相同條件下,無論單摻還是雙摻,加入摻合料均會大大降低混凝土中水溶性和酸溶性的氯離子滲透系數(shù),而且隨著摻量的增加,氯離子滲透系數(shù)減小.在相同摻量下,對降低混凝土的氯離子滲透系數(shù)作用礦渣比粉煤灰要好;雙摻又比單摻好,特別是在大摻量情況下,雙摻18%粉煤灰和47%礦渣的D35混凝土試件,其水溶性和酸溶性氯離子滲透系數(shù)分別只有普通混凝土D01的26%和29%.在海洋環(huán)境中處于浪濺區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)物,其干燥時混凝土表面溫度達60℃的條件下,雙摻混凝土抗氯離子侵蝕的耐久年限比普通混凝土有明顯提高.摻了18%粉煤灰和47%礦渣的D35混凝土試件抗氯離子侵蝕的耐久年限可達14~15年,而普通混凝土抗氯離子侵蝕的耐久年限只有3~4年,將近提高了4倍.3混凝土的抗氯離子侵蝕耐久性比單摻好,摻合料對混凝土(1)摻合料的加入可以降低混凝土中氯離子的滲透系數(shù),隨著摻量的增加,氯離子滲透系數(shù)會減小.雙摻粉煤灰和礦渣的混凝土的抗氯離子侵蝕耐久性比單摻好.(2)混凝土中加入粉煤灰